Ett multidisciplinärt vetenskapligt team vid Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har gjort betydande framsteg i att utveckla ett vaccin mot klamydia med hjälp av syntetisk biologi, sponsras av ett tvåårigt National Institutes of Health (NIH) anslag. De beskriver sitt arbete i en nyligen publicerad tidning Journal of Biochemistry ( JBC ):"Cellfri produktion av en funktionell oligomer form av ett Chlamydia Major Outer Membrane Protein (MOMP) för vaccinutveckling." Detta arbete utfördes i samarbete med forskare vid University of California, Davis och vaccingruppen vid Synthetic Genomics, Inc.

Klamydia är den vanligaste infektionssjukdomen sexuellt överförbara, orsakad av den gramnegativa bakterien Chlamydia trachomatis. Infektionen är ofta asymptomatisk, och när den lämnas obehandlad, sjukdomen kan orsaka allvarliga kroniska hälsoproblem som permanent infertilitet, bäckeninflammatorisk sjukdom och blindhet. Även om det finns antibiotikabehandlingar för klamydiainfektioner, återfall av sjukdomen hos samma patient är vanliga och svåra att behandla.

"Även om antibiotika används för att behandla klamydia, tidig screening och diagnos är nyckeln för att förhindra komplikationer i samband med långvarig, obehandlade infektioner, sa Wei He, en postdoktor vid labbet och huvudförfattaren till uppsatsen. "Det är viktigt att notera att individer som behandlas med antibiotika är mer benägna att återinfektion, så att arbeta mot ett vaccin är ett viktigt steg för att behandla detta genomgripande folkhälsoproblem."

Vacciner interagerar med patientens immunsystem för att producera aktiv immunitet, som ger skydd mot sjukdomar. De innehåller antigener - vanligtvis renade proteiner, som ett stort yttre membranprotein (MOMP) - som uttrycks av patogenen av intresse. Vid vaccination, ett antigenspecifikt immunsvar utvecklas, skydda patienten från verkliga infektioner. Ett antigen som framgångsrikt framkallar detta immunsvar kallas "immunogent".

Skapa dessa antigener i labbet, dock, kan vara svårt på grund av felveckning av den avgörande, extremt komplexa proteiner, såsom den klamydiaspecifika MOMP som denna forskargrupp riktar in sig på. Arbetet som diskuteras i gruppens tidskriftsartikel inkluderar en patentsökt teknik unik för Lawrence Livermore (utvecklad i samarbete med Synthetic Genomics, Inc.) som har producerat hög avkastning, funktionell, immunogen klamydia MOMP – ett genombrott inom MOMP-produktionstekniker.

"Vi är den första gruppen i världen som använder något som kallas telodendrimer nanolipoprotein-partiklar (tNLP) för att producera klamydiamembranproteiner i en cellfri miljö, sa Matt Coleman, seniorförfattaren på tidningen.

Den enda andra framgångsrika metoden för att skapa MOMPs i labbet innebär att använda E. coli som värdceller, förändra deras DNA och använda deras replikerings- och translationsmaskineri för att producera MOMP, som sedan extraheras från E. coli. Denna metod är lång och ansträngande, och misslyckas med att producera ett högt utbyte av korrekt vikta antigener.

"Vår cellfria metod låter oss ta de nödvändiga verktygen - de berikade ribosomerna och translationsmaskineriet - ur E. coli. Vi lägger sedan till några fler viktiga komponenter, såsom RNA-polymeras, att i huvudsak skapa en "one-pot" -mekanism för proteinproduktion utanför en värdcell, "Han sa." Våra unika tNLP är självmonterade i reaktionen för att producera ett slags ställningar som stöder MOMP-proteinet i ett funktionellt tillstånd, även om den inte har en cellmiljö som stödjer den."

Denna cellfria metod tillåter också forskare att producera betydligt större mängder av MOMP eftersom de inte behöver brottas med MOMP-toxicitet för värd-E. coli-cellen – eftersom det inte finns någon cell alls. Denna LLNL-pionjär, enkelreaktionscellfri process tar bort många av de steg som krävs vid andra metoder för att producera rekombinanta proteiner associerade med nanopartiklar och tar mindre än en dag, medan den andra, mindre effektiva metoder kan ta upp till tre dagar.

"Med denna tidning, vi har visat att det är möjligt att ta ett potentiellt terapeutiskt protein som har en mycket komplex struktur och återskapa det med några enkla biologiska komponenter, vilket är en lovande utveckling inom detta område, " tillade Coleman.

"Klamydia drabbar inte bara över 131 miljoner människor varje år över hela världen, Coleman sa, "men olika stammar av bakterien utgör också ett stort problem för djurhållningen. Infektionen har varit särskilt förödande för koalorna i Australien. Det har decimerat deras befolkning."

"Att utveckla detta klamydiavaccin, tillsammans med den unika metod som vi har för att göra dessa antigener "on-demand" eller efter behov för användning i vacciner, kan vara en gåva för den epidemi som påverkar koalorna, och har också uppenbarligen konsekvenser för behandling av sjukdomar som också påverkar människor – det är inte bara klamydia, det finns en mängd sjukdomsantigener som är notoriskt svåra att producera, " Han lade till.

Projektet har viktiga konsekvenser för utvecklingen av ett vaccin, inte bara för klamydia, men andra bakterier och sjukdomar som också kräver svårframställda antigener för effektiv vaccination – inklusive cancer.

Cancerimmunterapi är ett växande område som syftar till att utnyttja en patients immunsystem för att känna igen och attackera de unika proteiner som är associerade med cancerceller. Detta kan potentiellt ge ytterligare en väg för effektiv cancerbehandling, och de tNLP-stödda nanopartiklarna, tillsammans med den cellfria metoden som LLNL-gruppen utvecklade (i samarbete med Synthetic Genomics, Inc.), skulle kunna tillhandahålla en mer effektiv och effektiv metod för att skapa antigener för dessa typer av cancervacciner.

Teamet går nu vidare med försök på möss, och har sett preliminära positiva resultat i att producera ett immunogent svar som lämnar djur med en viss grad av skydd mot infektion. Nästa steg i forskningen innebär att man använder den nya MOMP-produktionsprocessen för att konstruera den mest effektiva vaccinformeln. Projektet skulle så småningom kunna producera en användbar produkt som kan rädda miljontals liv – både koala och människor.